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向環(huán)保邁進!水污染監(jiān)測離不開傳感器 文章鏈接:化工機械設備網(wǎng)

时间:2024-01-02     【转载】

現(xiàn)在,如果你要監(jiān)測水源中的有毒細菌,你必須把水樣放到實驗室觀察數(shù)天。與此同時,你無法知道水源是否安全可用。傳感器可以立即檢測到水中的細菌。傳感器使用了一種阻抗流細胞計數(shù)的技術(shù)。
 
  近期,中科院精密測量院杜耘課題組面源污染研究團隊聯(lián)合中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所、北京航空航天大學科研人員,在徑流總氮(TN)實時在線監(jiān)測技術(shù)方面取得重要進展。
 
  面源污染是指降雨條件下污染物隨徑流匯入受納水體引起富營養(yǎng)化等水污染的現(xiàn)象。氮磷是水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵指標。降雨條件下,面源污染徑流水量水質(zhì)短期內(nèi)呈分鐘尺度變化,現(xiàn)有技術(shù)難以捕獲徑流氮磷的濃度峰值和變化過程。智能水站運維復雜、成本高,且TN檢測采用化學法,監(jiān)測頻次偏低;水環(huán)境遙感技術(shù)受時空及光譜分辨率、云雨天況等因素影響,監(jiān)測精度不確定性大,制約了其在降雨條件下小微水體環(huán)境監(jiān)測中的應用。
 
  針對上述問題,研究團隊重點面向面源污染徑流水體,基于指標之間的生物、物理和化學關(guān)聯(lián),解析傳感器可測的水量水質(zhì)常規(guī)指標(如電導率、氧化還原電位、pH、溫度、氨氮、硝氮等)與TN濃度之間的定量關(guān)系;通過判定系數(shù)(R2)、準確度(Acc)、平均相對誤差(MRE)以及對缺失數(shù)據(jù)的容忍度等多項指標進行算法優(yōu)選,確定決策樹為TN反演最佳算法;在此基礎上開發(fā)了基于多源傳感器及智能算法的TN高頻監(jiān)測技術(shù)。結(jié)果表明:新方法可實現(xiàn)徑流TN分鐘級(<5min)監(jiān)測;在田間出口、溝渠等相似背景環(huán)境下,反演精度高(r2>0.9,Acc>85%);結(jié)合均值填補算法,實現(xiàn)部分變量缺失條件下(缺失變量數(shù)n≤2、缺失值比例P≤75%)的TN反演,彌補了野外傳感器損壞所導致的數(shù)據(jù)異常等問題,提高技術(shù)適應性。
 
  傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路、輔助電源四部分構(gòu)成。其中,敏感元件直接接收測量,用于輸出被測量有關(guān)的物理量信號,敏感元件主要包括熱敏、光敏、濕敏、氣敏、力敏、聲敏、磁敏、色敏、味敏、放射性敏感等十大類;轉(zhuǎn)換元件用于將敏感元件輸出的物理量信號轉(zhuǎn)換為電信號;
 
  變換電路用于將轉(zhuǎn)換元件輸出電信號進行放大、調(diào)制等處理;輔助電源用于為系統(tǒng)(主要是敏感元件和轉(zhuǎn)換元件)提供能量。
 
  科研人員介紹,TN實時高頻監(jiān)測技術(shù)將傳感器“快速檢測”和智能算法“數(shù)據(jù)處理”的優(yōu)勢相結(jié)合,數(shù)據(jù)獲取穩(wěn)定、監(jiān)測頻率高、精度高,不受云雨、夜間天況限制,且適用于溝塘等小微水體,可為面源污染的應急預警和精準溯源提供重要的技術(shù)支持。
 
  這個技術(shù),有望應用于水污染的環(huán)境監(jiān)測,同時也可以應用日常的水質(zhì)監(jiān)測。目前,市場上出現(xiàn)了很多空氣檢測的產(chǎn)品,相對于空氣,水對人類來講也是十分重要的。所以,利用傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),監(jiān)測水質(zhì),有著重要的環(huán)保意義。
 
  資料來源:儀多多儀器網(wǎng)、中國科學報

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